基坑開挖引起的變形及對鄰近建筑物的影響

王斌

[摘要]本文探究了基坑開挖對臨近建筑地基承載力的影響，分析了臨近邊坡（基坑）建筑物地基臨界滑移面的形狀，并進(jìn)行了基坑開挖對地基承載力減損的分析。

[關(guān)鍵詞]基坑開挖；圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形；差異沉降；水平側(cè)移；內(nèi)力變化 文章編號：2095-4085（2017）05-0123-02

當(dāng)基坑鄰近位置存在建筑物和構(gòu)筑物時，基坑工程的施工會導(dǎo)致這些建筑物和構(gòu)筑物出現(xiàn)不同程度的變形，當(dāng)這種變形過大時就會導(dǎo)致建筑物和構(gòu)筑物的破壞，從而使這些建筑物和構(gòu)筑物不能正常使用，嚴(yán)重的可能還會危害人民群眾的生命財產(chǎn)安全。

1基坑開挖引起的變形

開挖，在墻的內(nèi)部和外部的壓力差情況下以及基坑開挖的荷載量減少會引起圍護(hù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生水平位移，并且使圍護(hù)墻外土體形變，從而引起周圍建筑物、管線之類沉陷。更何況開挖卸荷還會引起基坑底部土體隆起，所以圍護(hù)結(jié)構(gòu)的水平移動和坑底土體隆起是使周邊地層變化的主要原因。周圍建筑物受地層變位（豎向與橫向）影響，產(chǎn)生剛性和非剛性變形，剛性變形一般出現(xiàn)在較差地基，由設(shè)備地基及構(gòu)件組成剛性體，建筑物水平傾角相同，地基沉陷值即使有不同，但對建筑物破壞程度卻很小。非剛性變形因?yàn)榻ㄖ锝Y(jié)構(gòu)發(fā)生扭曲變形，梁柱錯動，將會發(fā)生較嚴(yán)重的破壞。

2基坑開挖對臨近建筑地基承載力的影響

建筑物的地基承載力是指地基承擔(dān)荷載的能力。受荷載的影響，地表會出現(xiàn)變形，并且在荷載一直增強(qiáng)后，地基形變會慢慢變大，剛開始的時候地基的應(yīng)力處于彈性平衡狀態(tài)，具備安全的承載性。如果荷載增大到一定程度，地層中慢慢出現(xiàn)在任一方向，當(dāng)土的抗剪強(qiáng)度大于剪力時，區(qū)域中每一點(diǎn)會出現(xiàn)剪切損壞并且處于邊緣狀態(tài)時，土中應(yīng)力會出現(xiàn)重新分布。地基中的極限平衡狀態(tài)小部分會漸漸恢復(fù)到彈性狀態(tài)，地層還能處于平穩(wěn)形式，依舊具備安全承載能力，而如果地基形變增大，一定要檢驗(yàn)變形的計(jì)算結(jié)果不超過合理范圍。在荷載不斷變大時，地基會有一個范圍的塑性區(qū)，會出現(xiàn)地基承載力不夠，失去平穩(wěn)，此時地基達(dá)到極限承載力。

3臨近邊坡（基坑）建筑物地基臨界滑移面形狀的研究

3.1臨近邊坡（基坑）建筑物地基臨界滑移面形狀

鄰近邊坡荷載作用時，被地基破壞的滑動界面會接近底部線條，與表面的交角為α；邊坡一帶，是線性的，和坡角的交角為μ，中間連接部分通常被假定為對數(shù)螺旋線或圓弧（直徑=0）。在接近邊緣（坑）建筑荷載，邊界滑移面假設(shè)，假定建筑物地基離坡頂長度是L1，把滑移體分成三個塊，OC，AC線、基礎(chǔ)底面夾角成α=π/4+Φ/2；擾動土體區(qū)域順著對數(shù)螺線切線的方向，MN線與邊坡線夾角是μ=π/4-Φ/2。這類滑移面模型最好的優(yōu)點(diǎn)在于，這種方式來自Prandfl無重基礎(chǔ)損壞的時候滑移面的規(guī)則，具備較大應(yīng)用理論。

3.2臨界滑移面形狀的分析討論

邊坡的穩(wěn)定性和承載力在本質(zhì)上屬于同一類，不同的是邊坡沒有支撐力時，滑動面上的剪應(yīng)力是由重力引起土體的滑動面上，并在特殊情況下的地基承載力的剪切力對滑移界面與建筑物的負(fù)荷。根據(jù)極限平衡理論，如果嚴(yán)重的地層，在該地區(qū)的二組塑料滑線不一定是線性或?qū)M螺旋，無法用計(jì)算式的形式，而必須用線性計(jì)算方法求解微積分方程。從物理和彈性角度等多個方面開始界面基礎(chǔ)、極限計(jì)算方法外，在巖土力學(xué)穩(wěn)定分析當(dāng)中，工程較實(shí)用的依然是一些幾近相同假設(shè)條件下的極限平衡法、滑楔模型和條分法等重要的數(shù)值離散分析技術(shù)。不一樣的臨界破壞理念，不同的楔數(shù)的獲得不同，在某種程度上來講，大部分滑楔系統(tǒng)得出對應(yīng)結(jié)論更加趨近于傳統(tǒng)的極限平衡法滑移面形狀。由于對數(shù)螺線和直線在塑性方法中屬于兩簇機(jī)動許可滑移面，所以計(jì)算得到的無重質(zhì)地承載力結(jié)果和方法解十分契合，因此考慮自重的時候，計(jì)算結(jié)果對地基承載力的分析計(jì)算一定是具備參考意義的。

4基坑開挖對地基承載力減損分析

基坑所在區(qū)域會對地基承載力影響預(yù)計(jì)會很大。根據(jù)常識，離開基坑不遠(yuǎn)處的邊坡，由于開挖的影響，雖然降低了地基承載力，但是卻會造成很大的損失；而離基坑外沿距離較長的時候，基坑開挖對地基承載力的影響慢慢減弱，地基承載力會漸漸聚集到地面水平時的數(shù)值。在這種情況下，當(dāng)坡角是固定的，基本規(guī)則和基坑側(cè)壁承載能力相一致。從實(shí)踐分析的角度，當(dāng)?shù)鼗h(yuǎn)離基礎(chǔ)的滑移線，受到基坑影響繼續(xù)向原來假定的方向變化，或者是反其道而馳，從而露出地面，勢必要通過找到臨界滑移面方能確定。那么問題變得非常的復(fù)雜，尤其是考慮土體自身重量的時候，必須有效的計(jì)算數(shù)值和方法才能求解，但是由于產(chǎn)生誤差，現(xiàn)在還沒有能精確的到結(jié)果的方法。為了減少對計(jì)算結(jié)果的影響，可以進(jìn)行簡單的估算。

5結(jié)語

基坑開挖造成基坑邊坡失去穩(wěn)定性、鄰近建筑地基承載力減少等等，其中有邊坡穩(wěn)定、地基承載力及土壓力三個經(jīng)典土力學(xué)的主要內(nèi)容，依照互相作用論點(diǎn)，運(yùn)用一樣的方式進(jìn)行討論和分析。大部分的研究者模擬了很多案例研究，甚至應(yīng)用大量的數(shù)據(jù)試驗(yàn)，針對問題的綜合性，很多研究結(jié)果都在極限平衡理論的數(shù)值解法中得到。